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原文传递一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置及试验方法

专利名称：	一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置及试验方法
摘要：	本发明公开了一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置及试验方法，试验箱通过透水隔板分隔为储水室与土样填筑室；调压水箱内部设有阀球，且阀球的高度可调节；储水室的进水口与调压水箱的出水口通过管道连通，通过调压水箱供水和调节水压，且调压水箱的高度可调；水泵的开启与关闭受调压水箱内的阀球控制，调压水箱与阀球相配合用于精确控制储水室水位高度；土样填筑室底部填铺有砂砾石垫层，砂砾石垫层上面设置试验砂土层；在试验砂土层中埋设孔隙水压力传感器，在试验砂土层顶部沿轴线方向铺设彩色玻璃微珠，用于示踪管涌向上游发展轨迹；管涌出口通过水沙排出管道连通引出；水沙排出管道出口下方设置有用于收集涌砂的漏斗。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
发明人：	李子阳;马福恒;叶伟;胡江;邱莉婷;霍吉祥;陈诚;成荣亮
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910682577.8
公开号：	CN110275009A
代理机构：	南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：	刘艳艳
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	210029 江苏省南京市鼓楼区广州路223号
主权项：	1.一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，包括储水箱（1）、水泵（2）、调压水箱（4）和试验箱，所述试验箱通过透水隔板（7）分隔为储水室（6）与土样填筑室；所述水泵（2）一端通过管道与储水箱（1）相连通，另一端连通至调压水箱（4）中，所述调压水箱（4）内部设有阀球（3），且所述阀球（3）的高度可调节；所述储水室（6）的进水口与调压水箱（4）的出水口通过管道连通，通过调压水箱（4）供水和调节水压，且调压水箱（4）的高度可调；所述水泵（2）的开启与关闭受调压水箱（4）内的阀球（3）的控制，调压水箱（4）与阀球（3）相配合用于精确控制储水室（6）内的水头高度；所述土样填筑室底部填铺有砂砾石垫层（8），砂砾石垫层（8）上设置试验砂土层（9）；在试验砂土层（9）中埋设孔隙水压力传感器（13），在试验砂土层（9）顶部沿轴线方向铺设彩色玻璃微珠（12），用于示踪管涌向上游发展轨迹；所述土样填筑室在远离储水室（6）侧设置有管涌出口（14），所述管涌出口（14）通过水沙排出管道（15）连通引出；所述水沙排出管道（15）出口下方设置有用于收集涌砂的漏斗（16）；所述漏斗（16）中设置有过滤装置，过滤出来的水通过漏斗（16）底部连通的排水导管排出。 2.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，在试验砂土层（9）表层还铺设有粘土覆盖层（10）或者玻璃顶盖，用于对试验砂土层（9）进行施压。 3.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，所述储水室（6）密闭，且顶端开设有排气孔（5）。 4.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，所述土样填筑室上端开口。 5.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，所述透水隔板（7）的透水位置及透水面积可调节，用于模拟不同尺寸的管涌断面。 6.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，所述彩色玻璃微珠（12）的直径10~100μm，比重2.4~2.6g/cm3，彩色玻璃微珠（12）的平均尺寸和比重与砂砾的相同。 7.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，高水位下堤坝管涌模拟试验过程中，彩色玻璃微珠（12）的位移能够通过拍照进行数字图像处理计算位移量。 8.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，所述砂土层（9）中砂土的颗粒级配和初始含水率与原状砂土的颗粒级配和初始含水率相同；所述砂土层（9）中，中间布置管涌通道，两侧填筑粗砂隔离带（11），保证管涌通道向上游直线发展。 9.根据权利要求1所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，其特征在于，所述试验箱采用透明材质。 10.一种高水位下堤坝管涌模拟试验方法，其特征在于，包括： 1）在土样填筑室内底层铺设砂砾石垫层（8），中层铺设试验砂土层（9），在试验砂土层（9）中埋设孔隙水压力传感器（13）及粗砂隔离带（11），试验砂土层（9）压密实后在其表面沿轴线方向间隔布置不同颜色的彩色玻璃微珠（12），然后在表层铺设粘土覆盖层（10）； 2）设定调压水箱（4）及阀球（3）的高度，打开水泵（2）从储水箱（1）中抽水进入调压水箱（4），水流通过管道进入储水室（6），保持透水隔板（7）的关闭，待储水室（6）中的水位上升至初始高度时打开透水隔板（7）进行试验； 3）初始高度选择较小的水头，试验通水后观察管涌出口（14）的涌砂量，若保持水位恒定一段时间未出现涌砂，则增加水位高度10cm继续观察；若在某一恒定水位出现涌砂，则保持水位恒定并记录水头数据，涌砂通过水沙排出管道（15）进入漏斗（16）后沉积下来，砂子中的水过滤出来从排水导管排出后，通过天平（17）记录各个时间段的涌砂量，并同时通过量杯记录各个时间段的涌水量； 4）由于试验砂土层（9）中的砂子排出，出现涌砂后一段时间，试验砂土层（9）会出现变形，该变形会随着砂土颗粒向右位移发生变化，通过观察彩色玻璃微珠（12）的位移以及涌砂中彩色玻璃微珠（12）的出现顺序能够清晰观测到管涌向上游发展变形的部位，并通过拍照进行的数字图像处理记录各个时段管涌的发展位置和发展速率。
所属类别：	发明专利